[0001] Elastische Kunstharzmassen als z. B. Klebe- und Dichtungsmassen für saugende und
nichtsaugende Untergründe bzw. Oberflächen haben in den letzten Jahren insbesondere
im Bauwesen zunehmend an Bedeutung erlangt. Während in früheren Jahren überwiegend
Thiokol-Dichtungsmassen eingesetzt wurden, finden in jüngerer Zeit mehr Silikon- und
Polyurethandichtungsmassen Verwendung.
[0002] Elastische Beschichtungs-, Dichtungs- und Klebemassen werden als Fugendichtungsmassen
zur Abdichtung von Fertigbau-Elementen und Sichtbeton-Flächen eingesetzt und müssen
neben der eigentlichen Abdichtungsfunktion die erheblichen temperaturabhängigen Bewegungen
ausgleichen. Dabei treten Zug-Dehnungskräfte auf, welche die Adhäsionsfläche erheblich
belasten können. Weiterhin finden sie Verwendung als Klebe- und Dichtungsmassen in
der Automobilindustrie, wo sie besonders vorteilhaft zum Abdichten von Glas gegen
Metall, wie beispielsweise zur Befestigung von Windschutzscheiben, und für andere
Anwendungszwecke, bei denen Metall auf Metall verklebt werden muß, eingesetzt werden.
[0003] Bei diesen Anwendungen werden hohe Anforderungen sowohl an das Adhäsionsvermögen
als auch an die Aushärtungsgeschwindigkeit gestellt.
[0004] Aus der DE-OS 27 38 979 ist ein Verfahren zur Herstellung von vernetzbaren Polyurethanpräpolymeren
mit endständigen Alkoxysilylgruppen bekannt. Unter Einwirkung von Feuchtigkeit härten
diese Präpolymeren bei Raumtemperatur zu elastischen Produkten mit guten mechanischen
Eigenschaften guter Haftung aus.
[0005] Diese Produkte weisen jedoch den Nachteil auf, daß ihre Aushärtungsgeschwindigkeit,
insbesondere in den in der Praxis überwiegend vorkommenden Schichten von > 1 mm, noch
nicht den Anforderungen entspricht.
[0006] Durch die langsame Hautbildung bleiben die Oberflächen lange klebrig, so daß sich
Staub- und Schmutzteilchen auf ihnen ablagern können, wodurch sowohl ihre mechanischen
Eigenschaften als auch das äußere Erscheinungsbild beeinträchtigt werden. Darüberhinaus
ist die oft erforderliche Belastbarkeit der Beschichtung, Abdichtung oder Verklebung
nicht in praxisgerechten Zeiten gegeben.
[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, diese Nachteile des Standes der
Technik zu überwinden und in Gegenwart von Luftfeuchtigkeit aushärtende Kunstharzmassen
zu entwickeln, welche neben guter Haftung und guten mechanischen Eigenschaften eine
vergrößerte Aushärtungsgeschwindigkeit aufweisen.
[0008] Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß als Kunstharzmassen Umsetzungsprodukte aus
präpolymeren Isocyanaten und Amino- bzw. Merkaptosilanen verwendet werden.
[0009] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von unter
Feuchtigkeitsausschluß lagerstabilen Kunstharzmassen, welches dadurch gekennzeichnet
ist, daß präpolymere NCO-Gruppen enthaltende Polyätherurethane, welche mindestens
zwei Isocyanatgruppen pro Molekül enthalten, mit mindestens einer Alkoxysilanverbindung
der allgemeinen Formel
[0010]

mit X = -SH, -
NHR2 R = -CH
3, -CH
2-CH
3, -OR
1

R
2 = H oder -C
2H
4-NH
2 oder ein gegebenenfalls substituierter aliphatischer und/oder cycloaliphatischer
oder aromatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 - 10 C -Atomen, insbesondere H, -CH3,
-
C2H5 R
3 = gegebenenfalls substituierter Alkylrest mit 1 - 10 C-Atomen, insbesondere 1 - 2
C-Atomen oder ein Phenylrest R
4 = R
1 oder Alkylrest mit 1 - 4 C-Atomen n = 1 - 6 m = 1 - 30, vorzugsweise 1 - 15, insbesondere
1 - 3
umgesetzt und gegebenenfalls mit üblichen inerten Zusatzstoffen, Hilfsstoffen und
Beschleunigern versetzt werden.
[0011] Die erfindungsgemäß mitverwendeten Silanverbindungen können durch Umesterungsreaktionen,
wie sie z. B. in der DE-OS 15 45 080 beschrieben sind, aus den entsprechenden Alkoxysilanen
erhalten werden.
[0012] Das Verhältnis zwischen den erfindungsgemäß mitverwendeten Silanen und den präpolymeren
Isocyanaten kann, bezogen auf reaktive X- und NCO- Gruppen, im Bereich von 1 : 2 bis
1 : 1 variiert werden. Die Wahl der Mengenverhältnisse richtet sich nach dem Molekulargewicht
des präpolymeren Isocyanats und/oder nach der Anzahl der funktionellen Gruppen im
Silan, dem gewünschten Vernetzungsgrad des Endproduktes sowie dessen mechanischen
Eigenschaften.
[0013] Bei Verwendung von präpolymeren Silanen, die noch freie NCO-Gruppen aufweisen, kann
die freie NCO-Gruppe mit monofunktionellen Aminen, Merkaptanen, Alkoholen umgesetzt
werden. Vorzugsweise werden flüssige Alkohole mit 4 - 18, insbesondere 10 - 18, C-Atomen
verwendet. Bevorzugt werden Butylamin, Decylamin, Dodecylamin, Stearylamin, Butanol,
Hexanol, Dekanol, Dodekanol, Stearylalkohol, Nonylphenyl oder deren Mischungen miteinander
oder untereinander.
[0014] Falls gewünscht, kann eine Kettenverlängerung der präpolymeren Silane durch Umsetzung
der freien NCO-Gruppe mit di-oder polyfunktionellen Alkoholen, Merkaptanen und Aminen
durchgeführt werden. Bevorzugt als Kettenverlängerungsmittel werden Butandiol, Hexandiol,
Diäthylenglykol, Trimethylhexandiole, Hexamethylendiamin, Trimethylhexamethylendiamin
oder deren Mischungen miteinander oder untereinander.
[0015] Durch Auswahl von geeigneten Silan/NCO-Verhältnissen, Molgewichten der präpolymeren
Isocyanate, Kettenabbrecher bzw. Kettenverlängerungsmittel kann der Vernetzungsgrad
des gehärteten Endproduktes in gewünschter Weise gesteuert werden.
[0016] Die präpolymeren Silane können noch freie NCO-Gruppen enthalten. Erfindungsgemäß
werden jedoch Produkte bevorzugt, in denen IR-spektroskopisch kein freies Isocyanat
mehr nachweisbar ist.
[0017] Bei den erfindungsgemäß mitverwendeten präpolymeren Polyätherurethanen handelt es
sich um Umsetzungsprodukte von Polyolen mit überschüssigen Isocyanaten mit Molgewichten
im Bereich von ca. 1.000 - 30.000, vorzugsweise von ca. 2.000 - 25.000.
[0018] Als Polyole finden üblicherweise Polyätherpolyole Verwendung, die durch anionische
Polymerisation, Copolymerisation und Blockcopolymerisation von Alkylenoxiden, wie
Äthylenoxid, Propylenoxid und Butylenoxid, mit bis- oder polyfunktionellen Alkoholen,
wie Butandiol-(1,4), 1,1,1-Trimethyloläthan, 1,1,1-Trimethylolpropan, Hexantriol-(1,2,6),
Glycerin, Pentaerythrit und Sorbit, oder mit Aminen, wie Methylamin, Äthylendiamin
und 1,6-Hexamethylendiamin, als Startkomponenten oder durch kationische Polymerisation
und Copolymerisation cyclischer Äther, wie Tetrahydrofuran, Äthylenoxid und Propylenoxid,
mit sauren Katalysatoren, wie Bortrifluoridätherat und durch Polykondensation von
unter Wasserabspaltung polykondensierbaren Glykolen, wie Hexandiol-(1,6) in Gegenwart
saurer Verätherungskatalysatoren, wie p-Toluolsulfonsäure, erhalten werden, sowie,
z. B. im Hinblick auf eine Flammschutzwirkung, Oxalkylierungsprodukte der Phosphorsäure
und phosphoriger Säuren, z. B. mit Äthylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid und Styroloxid.
Als Polythioätherpolyole kommen vorzugsweise die Polykondensationsprodukte des Thiodiglykols
mit sich und mit Diolen und/oder Polyolen, wie z. B. Hexandiol-(1,6), Triäthylenglykol,
2,2-Dimethyl-propandiol-(1,3) und 1,1,1-Trimethylolpropan, in Gegenwart saurer Verätherungskatalysatoren,
wie Phosphorsäure und phosphorige Säure, in Betracht. Als Polyacetale seien vorzugsweise
die Polykondensationsprodukte aus Formaldehyd und Diolen und/oder Polyolen, wie Diäthylenglykol,
Triäthylenglykol, Butandiol-(1,4), Hexandiol-(1,6), Thioglykol und 1,1,1-Trimethylolpropan,
mit sauren Katalysatoren, wie Phosphorsäure und p-Toluolsulfonsäure, genannt. Als
Polyesterpolyole sind vorzugsweise die Kondensationsprodukte mit Di- und/oder Polycarbonsäuren
und Di- und/oder Polyolen, die durch Polykondensation z. B. von Adipinsäure, Phthalsäure,
Tetrahydrophthalsäure, Hexahydrophthalsäure und Äthylenglykol, Butandiol-(1,4), Diäthylenglykol,
Triäthylenglykol, Hexandiol-(1,6), 2,2-Dimethylpropandiol-(1,3) hergestellt werden,
ferner Polycarbonate der genannten Di- und Polyole und Polyesteramide unter zusätzlicher
Verwendung von Aminoalkoholen, wie z. B. -t-Caprolaeton geeignet.
[0019] Die Polyätherpolyole weisen Molgewichte von ca. 300 - 20.000 auf. Erfindungsgemäß
bevorzugt werden Polypropylenglykole mit Molgewichten von ca. 500 - 6.000.
[0020] Die genannten Polymerisations- und Polykondensationsprodukte werden in bekannter
Weise mit Di- und/oder Polyisocyanaten in Isocyanatgruppen enthaltende sogenannte
Isocyanatpräpolymere übergeführt. Nimmt man eine bestimmte zusätzliche Kettenverlängerungsreaktion
über Urethangruppen in Kauf oder ist diese sogar erwünscht, so setzt man die hydroxylgruppenhaltigen
Polymerisations- oder Polykondensationsprodukte in einem NCO/OH-Verhältnis von ca.
1,1 bis 2,5 : 1 mit den Di- oder Polyisocyanaten um. Ist eine Kettenverlängerungsreaktion
nicht erwünscht, so verwendet man einen wesentlich größeren Überschuß an Di- bzw.
Polyisocyanat, vorzugsweise für ein NCO/OH-Verhältnis von 3 bis 5 berechnet, verfährt
im übrigen in derselben Weise wie bei den niedrigen NCO/OH-Verhältnissen und entfernt
schließlich das überschüssige Di- bzw. Polyisocyanat, z. B. im Falle destillierbarer
Di- bzw. Polyisocyanate durch Dünnschichtdestillation oder, bei nicht destillierbaren
Isocyanaten, durch Lösungsmittelextraktion.
[0021] Als geeignete Di- oder Polyisocyanate seien z. B. genannt: Toluylendiisocyanat-(2,4)
sowie dessen technische Gemische mit Toluylendiisocyanat-(2,6), Toluylendiisocyanat-(2,6),
Diphenylmethandiisocyanat-(4,4'), 1,6-Hexamethylendiisocyanat, Dimerfettsäurediisocyanat,
Naphthalendiisocyanat-(1,5), m-Xylylendiisocyanat, 1-Methyl-2,4-diisocyanato-cyclohexan,
Isophorondiisocyanat, 2,4,4-Trimethyl-1,6-diiso- cyanato-hexan, dimeres Toluylendiisocyanat-(2,4),
N,N'-Di-(4-methyl-3-isocyanatophenyl)-harnstoff, N,N'-N"-Tri-(6-isocyanato-hexyl)-biuret,
Triphenylmethantriisocyanat-(4,4',4"), das Umsetzungsprodukt aus 3 Mol Toluylendiisocyanat-(2,4)
und 1 Mol 1,1,1-Trimethylolpropan, Tri- und Polymerisationsprodukte von Toluylendiisocyanat-(2,4),
Mischtrimerisations- und Mischpolymerisationsprodukte von Toluylendiisocyanat-(2,4)
und 1,6-Hexamethylendiisocyanat, Gemische isomerer Diphenylmethandiisocyanate, mehr
als zwei jeweils über Methangruppen verknüpfte Benzolkerne enthaltende Polyisocyanate
und Diisocyanate mit Diphenylmethanstruktur, deren Isocyanatgruppen teilweise in Carbodiimidgruppen
übergeführt sind.
[0022] Die Herstellung der Isocyanatgruppen aufweisenden Polymerisations- und Polykondensationsprodukte
kann in Substanz oder in gegenüber Isocyanaten inerten Lösungsmitteln durchgeführt
werden. Nach beendeter Umsetzung werden gegebenenfalls verwendete Lösungsmittel durch
Destillation, vorzugsweise durch Dünnschichtdestillation, entfernt. Es ist jedoch
gegebenenfalls vorteilhaft, direkt die Lösungen der Isocyanatprepolymeren weiter zu
verwenden.
[0023] Als Katalysatoren, die in Mengen von 0,001 bis 2 % verwendet werden können, kommen
z. B. Diazabicyclooctan, Dibutylzinndilaurat und Zinn(II)-octoat in Frage.
[0024] Geeignete Lösungsmittel sind z. B. Ester, wie Äthylacetat, Butylacetat, Methyläthylketon,
Methylisobutylketon, Aromaten wie Toluol, Xylol und höhere Aromatengemische, sowie
Gemische der genannten Lösungsmittel.
[0025] Die nach bekannten Verfahren aus den genannten Komponenten hergestellten Isocyanatgruppen
aufweisenden Polymerisations- oder Polykondensationsprodukte können anschließend in
bekannter Reaktion mit den reaktiven Gruppen der Silane umgesetzt werden.
[0026] Zur Herstellung der Beschichtungs-, Dichtungs- und Klebemassen können weiterhin auf
diesem Gebiet übliche inerte Füllstoffe, Pigmente, Farbstoffe, Weichmacher, Verdickungsmittel,
Antioxidantien, Haftvermittler, Thixotropierungsmittel, Lösungsmittel und Streckmittel
wie mit Isocyanat nicht reaktive Teere, Teerpeche, Asphalte oder Kunststoffe wie Polyolefine,
Vinylkunststoffe, Polyamide mitverwendet werden. Als Füllstoffe werden Sande, Gesteinsmehl,
Calciumcarbonat und insbesondere Kieselsäuren und als Lösungsmittel gegebenenfalls
substituierte Kohlenwasserstoffe oder Ketone bevorzugt.
[0027] Zur Beschleunigung der Härtung können organische oder anorganische Verbindungen wie
z. B. Dibutylzinndiacetat, Tetrabutyldioleatodistannoxan in geringen Mengen als Katalysatoren
zugegeben werden.
[0028] Die erfindungsgemäßen Kunstharzmassen werden vorzugsweise als elastische Beschichtungs-,
Klebe- und Dichtungsmassen für saugende und nichtsaugende Untergründe bzw. Oberflächen
insbesondere auf dem Bau- und Automobilsektor eingesetzt.
[0029] A Herstellung der erfindungsgemäß mitverwendeten Silanverbindungen
Beispiel 1
[0030] Umesterung von γ-Aminopropyltrimethoxysilan mit Diäthylenglykolmonomethyläther.
[0031] In einer Standapparatur, die mit Innenthermometer, Rückflußkühler mit Calciumchlorid-Rohr
und Rührer versehen ist, wurden 412 g (2,3 Mol) γ-Aminopropyltrimethoxysilan vorgelegt
und 1242 g (10,35 Mol = 50 % überschuß) Diäthylenglykolmonomethyläther zugemischt.
Der Reaktionsansatz wurde zwei Stunden am Rückfluß erhitzt, wobei die Siedetemperatur
bei etwa 110 °C lag.
[0032] Nach Abkühlen des Reaktionsansatzes wurde der Rückflußkühler durch eine Destillationsbrücke
ersetzt. Zunächst wurde bei Normaldruck der bei der Reaktion freigesetzte Methylalkohol
und anschließend, nach erneutem Abkühlen, im Vakuum von etwa 10 mbar nicht umgesetzter
Diäthylenglykolmonomethyläther bis zu einer Innentemperatur von 130 °C abdestilliert.
[0033] Es wurden 979 g eines Rohproduktes erhalten, das noch etwa 13 Gew.-% Diäthylenglykolmonomethyläther
enthielt. Das Umesterungsprodukt besteht zu etwa 75 % aus dem Tris-2-(2-Methoxy-äthoxy)-äthoxy-)silyl-3-aminopropan
der Formel H
2N-CH
2-CH
2-CH
2-Si-[O(-CH
2-CH
2-O)
2-CH
3]
2, die durch Gaschromatographie und Massenspektrometrie bestätigt wurde. Daneben wurden
überwiegend die korrespondierenden Mono- und Di-(2-(2-methoxy-äthoxy))-silyl-Verbindungen
erhalten.
[0034] Gemäß Beispiel A 1 wurden die folgenden Silanverbindungen hergestellt:

B Herstellung der präpolymeren Isocyanate Beispiel 1 1000 g eines linearen Polypropylenglykols
der OH-Zahl 56,1 werden mit 222,3 g Isophorondiisocyanat versetzt. Nach Zugabe von
1,2 g Dibutylzinndilaurat wird die Mischung unter kräftigem Rühren auf 75 °C erwärmt
und für 2,5 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Das Reaktionsprodukt hat einen
Isocyanatgehalt von 3,4 %.
[0035] Gemäß Beispiel B 1 wurden die folgenden präpolymeren Isocyanate hergestellt:

C Herstellung der präpolymeren Silane
Beispiel 1
[0036]
I Zu 1000 g des unter B hergestellten präpolymeren Isocyanats werden 153,5 g des Silans
A 1 zugetropft, wobei die Temperatur zwischen 55 - 80 °C gehalten wird. Der NCO-Gehalt
des Reaktionsproduktes beträgt 1,7 %.
II Zu 1000 g des obigen Reaktionsproduktes werden 43,6 g eines Polyoxipropylendiamins
mit einem Molgewicht von 400 und einer Aminzahl von 280,5 (Jeffamin@ D 400, Warenzeichen der Fa. Jefferson Chemical, Houston, USA) als Kettenverlängerer
zugetropft bei einer Reaktionstemperatur von 55 - 80 °C. Der NCO-Gehalt des Produktes
beträgt danach 0,75 %.
III Zu 1000 g des Reaktionsproduktes II werden 34,7' g Dodekanol OH/Z 288 und 0,1
% DBTL gegeben und die Mischung auf 75 - 80 °C erwärmt. Die Reaktion wird solange
fortgeführt, bis im IR-Spektrum kein freies NCO mehr nachzuweisen ist.
[0037] Gemäß Beispiel C 1 wurden die folgenden präpolymeren Silane hergestellt, wobei die
Stufen II und III auch einzeln oder zusammen entfallen können und wobei ein Austausch
von Komponenten eine der aufgeführten Änderungen der Reaktionsbedingungen beinhalten
kann.
[0038] Bei Einsatz von Merkaptosilan in I muß die Reaktionsmischung aus Merkaptoverbindung
und Isocyanat unter Mitverwendung von 0,1 % DBTL, bezogen auf Reaktionsmischung, auf
75 - 80 °C erwärmt werden.
[0039] Werden als Kettenverlängerungsmittel in II anstelle der Amine Merkaptoverbindungen
oder Alkohole verwendet, muß die Reaktionsmischung unter Mitverwendung eines Katalysators
auf 75 - 80 °C erwärmt werden. Analoges gilt für III.

D Herstellung einer Dichtungs- bzw. Klebemasse
Beispiel 1
[0040] 350 g des gemäß Beispiel C 5 hergestellten präpolymeren Silans wurden mit
[0041] 39 g einer hydrophobierten Kieselsäure (Aerosil
U R 974, Warenzeichen der Fa. Degussa, Frankfurt) 15 min unter Vakuum (20 mbar) in
einem Planetenkneter gemischt. Danach erfolgte eine Zugabe von
[0042] 0,4 g Dibutylzinndiacetat und ein weiteres Mischen von 10 Minuten unter einem Vakuum
von 20 mbar.
[0043] Zur Überprüfung der Hautbildungszeit und Durchhärtungsgeschwindigkeit wurde eine
runde Metallform mit einem Durchmesser von 55 mm und einer Tiefe von 9 mm mit der
Masse ausgespritzt und bei Normklima gehärtet.
[0044] Die Hautbildungszeit ist der Zeitpunkt, an dem die Oberfläche erstmals von einer
durchgehenden Haut überzogen ist.
[0045] Die Durchhärtungsgeschwindigkeit wird anhand der Dicke der gebildeten Haut ermittelt.
[0046] Es wurde eine Hautbildungszeit von 1 1/2 h und eine Durchhärtungsgeschwindigkeit
von 4 mm/Tag festgestellt.
[0047] Gemäß Beispiel D 1 wurden die folgenden Dichtungsmassen hergestellt und bei Normalklima
(23 °C 50 % relative Feuchte) auf Härtungsverhalten überprüft.

1. Verfahren zur Herstellung von unter Feuchtigkeitsausschluß lagerstabilen Kunstharzmassen,
dadurch gekennzeichnet, daß präpolymere NCO-Gruppen enthaltende Polyätherurethane
mit mindestens einer Alkoxysilanverbindung der allgemeinen Formel

mit X = -SH, -NHR
2 R = -CH
3, -C
2H
5, -OR
1

R = H oder -C
2-C
4-NH
2 oder ein gegebenenfalls substituierter aliphatischer und/oder cycloaliphatischer
oder aromatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 - 10 C-Atomen R
3 = gegebenenfalls substituierter Alkyl- oder Arylrest mit 1 - 10 C-Atomen R = Alkylrest
mit 1 - 4 C-Atomen oder R
1 n = 1 - 6 m = 1 - 30 umgesetzt und gegebenenfalls mit üblichen inerten Zusatzstoffen,
Hilfsstoffen und Beschleunigern versetzt werden.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Silane der allgemeinen
Formel I solche verwendet werden, in denen R = OR1 R2 = H, -CH3, -C2H5 R3 = Methyl-, Äthyl- oder Phenylrest R4 = R1 n = 2 oder 3 m = 1 - 3 bedeuten.
3. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als präpolymere
Polyätherurethane Reaktionsprodukte aus Polypropylenglykolen mit Molekulargewichten
von ca. 500 bis 6.000 und mindestens einem aliphatischen, cycloaliphatischen, cycloaliphatischaliphatischen
oder aromatischen Diisocyanat.
4. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Isocyanate
Isophorondiisocyanat, Toluylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Trimethylhexamethylendiisocyanat
oder deren Präpolymere verwendet werden.
5. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die präpolymeren
Isocyanate Molekulargewichte von ca. 2.000 - 25.000 aufweisen.
6. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die präpolymeren
Silane einen NCO-Gehalt von 0 - 0,7 % aufweisen.
7. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Kettenabbrecher
monofunktionelle Alkohole mit 10 - 18 C-Atomen verwendet werden.
8. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die präpolymeren
Silane einen NCO-Gehalt von 0 % aufweisen.
9. Verwendung der gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 hergestellten Kunstharzmassen als elastische
Beschichtungs-, Dichtungs- und Klebemassen.